仿人康复机器人操控柔顺性与安全性技术研究

发布时间：2022-02-21 16:34

　　近年来,对重度失能人员的康复工作给患者家属和社会带来了严重的负担。仿人康复机器人可模仿护工抓取人肢体进行康复工作,能胜任简单往复和耗费时间的康复工作,且可以上下肢通用,具有广阔的应用前景。与工业机器人不同,操控柔顺性和安全可靠性是康复机械手抓取人肢体必须要满足的指标。由于不同人之间肢体参数差距较大,机械手对人肢体的操控应尽量符合人体生理学特点和运动规律,对操控柔顺性的研究可减少或消除机械手作用于人肢体的冗余力,使人尽量舒适。人肢体由肌肉、皮肤等软组织和骨骼组成,与工业机器人抓取的金属工件有本质区别,为保障被操控人的安全,机械手抓取人肢体时,人肢体不可承受较大的应力,且不能发生肢体掉落等情况,因此针对机械手抓取安全可靠性的研究具有重要意义。在操控柔顺性方面,本文首先依据人肢体被机械手操控时受冗余力的情况,将操控状态分为优化操控状态和强迫操控状态。以操控人体上肢为例,分别针对静态操控和动态操控进行研究,进行符合优化操控状态的最优操控力的理论计算。在静态操控柔顺性研究中,首先依据人体生理学特征建立了人体运动学模型,通过D-H法给出不同坐标系中的坐标变换矩阵,依据静力平衡条件计算出符合相应肢体... 

【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 康复设备研究现状
        1.2.2 机器人操控柔顺性研究现状
        1.2.3 机器人操控安全性研究现状
    1.3 研究内容
第2章 人肢体静态操控柔顺性研究
    2.1 基于人体生理学特征的运动学模型
    2.2 静态操控力计算
    2.3 静态操控实验
        2.3.1 实验平台搭建
        2.3.2 实验过程及结果
    2.4 本章小结
第3章 人肢体动态操控柔顺性研究
    3.1 动态操控力计算
    3.2 动态操控仿真
    3.3 动态操控实验
    3.4 考虑摩擦力的动态操控计算
    3.5 本章小结
第4章 康复机器人操控过程安全可靠性研究
    4.1 基于有限元的软组织受力计算
        4.1.1 软组织受力计算理论
        4.1.2 软组织受力简化计算模型
        4.1.3 简化模型仿真验证
    4.2 安全可靠条件分析
    4.3 本章小结
第5章 基于有限元仿真的人肢体受力安全性研究
    5.1 建立人体手臂有限元模型
    5.2 机械手在抓取肢体时的有限元仿真
        5.2.1 仿真配置
        5.2.2 应力分析
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
硕士期间发表的学术成果
致谢
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]下肢康复机器人及其交互控制方法[J]. 胡进,侯增广,陈翼雄,张峰,王卫群.  自动化学报. 2014(11)
[2]柯尼希定理在质点系中的应用[J]. 茹慧军.  新乡学院学报(自然科学版). 2011(02)
[3]基于抓取稳定性的手指接触力规划算法[J]. 刘庆运,岑豫皖,谢能刚,蒋波,钱瑞明.  机械工程学报. 2010(07)
[4]病人搬移设备的机电一体化设计和应用[J]. 王洪波,笠上文男.  机械工程学报. 2009(07)
[5]多指手机器人抓取系统的稳定性[J]. 王凯明.  西安工程大学学报. 2008(05)
[6]皮肤的力学性能概述[J]. 卢天健,徐峰.  力学进展. 2008(04)
[7]机器人多指手抓取动态稳定性分析[J]. 万安华,王绵森,毛卫华.  兰州理工大学学报. 2005(03)
[8]多关节欠驱动机器人手爪包络抓取稳定性分析与仿真[J]. 骆敏舟,梅涛,卢朝洪,余永.  光学精密工程. 2004(05)

硕士论文
[1]机械手抓取力对人肢体的生物力学影响研究[D]. 甘海宏.山东大学 2019
[2]面向机器人精细操作的触觉稳定性分析及分类[D]. 白鹏.石家庄铁道大学 2017



本文编号：3637644